ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДАМИ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО СОСТОЯНИЯ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ВОЛЬФРАМА ПОСЛЕ КАРБИДИЗАЦИИ В ПУЧКОВО-ПЛАЗМЕННОМ РАЗРЯДЕ

В настоящей работе представлены результаты исследований структурно-фазового состояния поперечного сечения поверхностного слоя вольфрама после карбидизации в пучково-плазменном разряде. Карбидизация поверхности вольфрама в пучково-плазменном разряде была осуществлена на плазменно-пучковой установке. Исследования структуры поперечного сечения поверхностного слоя образцов вольфрама после карбидизации при температуре 1000 °С, 1200 °С, 1400 °С были проведены методами просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии. По результатам исследований на СЭМ были получены многослойная карта ЭДС и локальный элементный анализ, на основе которых сделана оценка глубины проникновения атомов углерода в вольфрам. Установлено, что глубины проникновения составляет ~20 µм. Исследование тонкой структуры поверхностного слоя выполнялось при использовании ПЭМ. Для ПЭМ-анализа поперечного сечения вольфрамовых образцов с карбидизированным слоем были подготовлены шлифы методом ионного утонения на установке Ion Slicer ЕМ-09100 IS. По результатам исследований выявлено, что после карбидизации вольфрам в поверхностном слое присутствует главным образом, в составе карбидов WC, W₂C. На светлопольных ПЭМ-изображениях поперечного сечения поверхностного слоя образцов вольфрама после карбидизации при температуре 1200 °С, 1400 °С выявлены изгибные контуры экстинкции, которые свидетельствует об упруго-напряженном состоянии поверхностного слоя образца, что и приводит к изгибу-кручению фольги.

1. Pintsuk G. (2012). Tungsten as a Plasma-Facing Material. J. Nucl. Mater., 4, 551. https://doi.org/10.1016/B978-0-08056033-5.00118-X

2. Mayer M. et al. (2009). Tungsten erosion and redeposition in the all-tungsten divertor of ASDEX Upgrade. Physica scripta, T138. https://doi.org/10.1088/0031-8949/2009/T138/014039

3. Tazhibayeva I. L. et al. (2017). KTM Experimental Complex Project Status. Fusion Science and Technology, 47, 746–750. https://doi.org/10.13182/FST05-A775.

4. Budaev V.P., Fedorovich S.D., Dedov A.V., et.al. (2020). High-heat flux tests of tungsten divertor mock-ups with steady-state plasma and e-beam. Nuclear Materials and Energy, 25; https://doi.org/10.1016/j.nme.2020.100816.

5. Muhammad Luqman Khalid et al. (2019). Mater. Res. Express 6 066551. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab087f

6. Samarkhanov K., Batyrbekov E., Khasenov M., et al. (2019). Study of Luminescence in Noble Gases and Binary Kr-Xe Mixture Excited by the Products of 6Li(n,α)T Nuclear Reaction. Eurasian Chemico-Technological Journal, 21, 2, 115–123. https://doi.org/10.18321/ectj821

7. Rakhadilov B.K., Miniyazov A.Z., Skakov M.K. et al. (2020) Structural Modification and Erosion of Plasma-Irradiated Tungsten and Molybdenum Surfaces. Technical Physics, 65, 382–391.

8. Zhanbolatova G.K., Baklanov V.V., et al. (2020). Karbidizaciya poverhnosti volframa v plazmenno-puchkovom razryade. NNC RK Bulletin. Research and Technology Review National Nuclear Center of the Republic of Kazakhstan, 4 77-81. (In Russ.)

9. Baklanov V., Zhanbolatova G., Skakov M., et al. (2022). Study of the Temperature Dependence of a Carbidized Layer Formation on the Tungsten Surface Under Plasma Irradiation. Materials Research Express, 9, 016403. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ac4626

10. Patent RK na poleznuyu model No. 2080. Imitactionnyy stend s plazmenno-puchkovoi ustanovkoy / Kolodeshnikov А.А., Zuev V.А., Ganovichev D.А., Tulenbergenov T.R. I dr. – opubl. 15.03.2017, Byul. № 5.

11. Sokolov, I.A., Skakov, M.K., et al. (2018). Study of the Interaction of Plasma with Beryllium That Is a Candidate Material for the First Wall of a Fusion Reactor. Technical Physics, 63, 4, 506. https://doi.org/10.1134/S1063784218040230

12. Sokolov I.A, Skakov M K, Miniyazov A Z, et al. (2021). Interaction of plasma with beryllium // Journal of Physics: Conference Series. – 2021. – Vol. 2064. – 012070. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2064/1/012070

13. Kozhakhmetov Y., Skakov M., Mukhamedova N., et al. (2021). Changes in the microstructural state of Ti-Al-Nbbased alloys depending on the temperature cycle during spark plasma sintering. Materialpruefung/Materials Testing, 63(2), 119–123. https://doi.org/10.1515/mt-20200017

14. Mukhamedova N.M., Skakov М.К.., Wieleba W. (2018). Determination of phase composition and mechanical properties of the surface of the material obtained on the basis of silicon and carbon by spark-plasma sintering method, AIMS Materials Science, 6(1), 1–9. https://doi.org/10.3934/matersci.2019.1.1

15. Rubel M, Philipps V, Huber A, and Tanabe T. (1999). Formation of carbon containing layers on tungsten test limiters. Physica Scripta, T81:61–63.

16. Philipps V., Pospieszczyk A., et al. (1998). Experiments with tungsten limiters in textor-94. Journal of Nuclear Materials, 258-263(Part 1):858–864.

17. Xingxing Lyu et al. (2020). Microstructure and mechanical properties of WC–Ni multiphase ceramic materials with NiCl2•6H2O as a binder // Nanotechnology Reviews; 9: 543–557. https://doi.org/10.1515/ntrev-2020-0044.